KR20180085680A - 터치 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 및 상기 거리에 비례하는 전압을 출력하는 압력 센싱 회로;를 포함하고, 상기 압력 센싱 회로로부터 출력되는 상기 전압에 기초하여 상기 압력 크기를 검출하고, 상기 압력 센싱 회로는 상기 압력 센서에 걸리는 전압과 동일한 전압을 갖는 압력 센서 노드(NA); 전원 전압(VDDA)과 상기 압력 센서 노드 사이에 직렬 연결된 스위치; 상기 압력 센서 노드와 그라운드 사이에 직렬 연결된 전류원; 및 상기 압력 센서 노드에 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No);를 포함하고, 상기 전류원과 상기 스위치는 매 주기별로 적어도 1회 이상 턴온 및 턴오프되고, 상기 전류원은 상기 매 주기별로 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고, 상기 스위치는 상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 소정 시간 떨어진 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온된다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT DEVICE}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력 센서를 통해 유입되는 노이즈를 최소화하고, 압력 센싱 감도를 일정하게 할 수 있는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.
터치 스크린은, 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널과 터치 입력 수단인 터치 센서(touch sensor)로 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서는 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 사용자가 손가락 등으로 터치 스크린을 단순히 터치함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템은 터치 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 압력 센서를 통해 유입되는 노이즈를 최소화할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
또한, 압력 센싱 감도를 일정하게 할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 입력되는 터치의 압력 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 및 상기 거리에 비례하는 전압을 출력하는 압력 센싱 회로;를 포함하고, 상기 압력 센싱 회로로부터 출력되는 상기 전압에 기초하여 상기 압력 크기를 검출하고, 상기 압력 센싱 회로는 상기 압력 센서에 걸리는 전압과 동일한 전압을 갖는 압력 센서 노드(NA); 전원 전압(VDDA)과 상기 압력 센서 노드 사이에 직렬 연결된 스위치; 상기 압력 센서 노드와 그라운드 사이에 직렬 연결된 전류원; 및 상기 압력 센서 노드에 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No);를 포함하고, 상기 전류원과 상기 스위치는 매 주기별로 적어도 1회 이상 턴온 및 턴오프되고, 상기 전류원은 상기 매 주기별로 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고, 상기 스위치는 상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 소정 시간 떨어진 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온된다.
다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 입력되는 터치의 압력 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 및 상기 거리에 비례하는 전압을 출력하는 압력 센싱 회로;를 포함하고, 상기 압력 센싱 회로로부터 출력되는 상기 전압에 기초하여 상기 압력 크기를 검출하고, 상기 압력 센싱 회로는 상기 압력 센서에 걸리는 전압과 동일한 전압을 갖는 압력 센서 노드(NA); 전원 전압(VDDA)과 상기 압력 센서 노드 사이에 직렬 연결된 전류원; 상기 압력 센서 노드와 그라운드 사이에 직렬 연결된 스위치; 및 상기 압력 센서 노드에 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No);를 포함하고, 상기 전류원과 상기 스위치는 매 주기별로 적어도 1회 이상 턴온 및 턴오프되고, 상기 전류원은 상기 매 주기별로 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고, 상기 스위치는 상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 소정 시간 떨어진 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온된다.
또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 입력되는 터치의 압력 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 및 상기 거리에 비례하는 전압을 출력하는 압력 센싱 회로;를 포함하고, 상기 압력 센싱 회로로부터 출력되는 상기 전압에 기초하여 상기 압력 크기를 검출하고, 상기 압력 센싱 회로는 상기 압력 센서에 걸리는 전압과 동일한 전압을 갖는 압력 센서 노드(NA); 전원 전압(VDDA)과 상기 압력 센서 노드 사이에 직렬 연결된 제1 전류원; 상기 제1 전류원과 그라운드 사이에 직렬 연결된 제2 전류원; 및 상기 압력 센서 노드에 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No);를 포함하고, 상기 제1 전류원과 상기 제2 전류원은 매 주기별로 적어도 1회 이상 턴온 및 턴오프되고, 상기 제1 전류원은 상기 매 주기별로 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고, 상기 제2 전류원은 상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 소정 시간 떨어진 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치를 사용하면, 압력 센서를 통해 유입되는 노이즈를 최소화하고, 압력 센싱 감도를 일정하게 할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 압력 센서와 기준전위층 사이의 거리가 제조 공정에 따라 일정하지 않는 경우에도 압력 센싱 감도가 일정하고, 기판이 외력에 의해 휘어지는 특수한 경우에도 압력 센싱 감도가 일정한 이점이 있다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 내지 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도4a, 도4b 및 도4d 내지 도4g는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도4c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 분해 사시도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다
도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도7a 내지 도7d는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 센서의 형태를 예시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로가 적용된 터치 입력 장치의 단면을 예시한다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로가 적용된 터치 입력 장치의 단면을 예시한다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이다.
도 11은 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 제1 변형 예이다.
도 12는 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 제2 변형 예이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이다.
도 15은 도 14에 도시된 압력 센싱 회로에서, 시간에 따른 제1 전류원(SI1), 제2 전류원(SI2) 및 스위치(ph3)에 흐르는 전류와 구동 제어 전압(VDRV)의 전압 크기의 보여주는 타이밍 다이어그램이다.
도 16는 제1 시간구간(t1)에서의 도 14에 도시된 압력 센싱 회로의 등가회로이다.
도 17는 도 16에 도시된 압력 센싱 회로의 압력 센싱 노드(NA)에서의 전압(VA)- 시간(t) 그래프이다.
도 18은 제3 시간구간(t3)에서의 도 14에 도시된 압력 센싱 회로의 등가회로이다.
도 19은 도 18에 도시된 압력 센싱 회로의 압력 센싱 노드(NA)에서의 전압(VA)- 시간(t) 그래프이다.
도 20은 제2 시간구간(t2)와 제4 시간구간(t4)에서의 도 14에 도시된 압력 센싱 회로의 등가회로이다.
도 21는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이다.
도 22은 도 21에 도시된 압력 센싱 회로의 압력 센서 노드(NA)의 전압(VA), 구동 제어 전압(VDRV) 및 출력 노드(No)의 전압(Vo) 각각의 시간에 따른 그래프이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(10)를 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서(10)가 적용될 수 있다.
도1a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도1a를 참조하면, 터치 센서(10)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서(10)의 동작을 위해 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(12), 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)으로부터 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(11)를 포함할 수 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 터치 센서(10)는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도1a에서는 터치 센서(10)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서(10)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 후술하게 될 디스플레이 패널(200A)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도7c에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm) 중 어느 하나는 디스플레이 패널(200A)의 상면에 형성되고, 나머지 하나는 후술하게될 커버의 하면에 형성되거나 디스플레이 패널(200A)의 내부에 형성될 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 등으로 이루어지는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 은잉크(silver ink), 구리(copper), 은나노(nano silver) 및 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)는 메탈 메쉬(metal mesh)로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(11)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)에 관한 정보를 포함하는 감지신호를 수신함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 예컨대, 감지신호는 구동전극(TX)에 인가된 구동신호가 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서(10)를 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(11)는 각각의 수신전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-)입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+)입력단은 그라운드(ground)에 접속될 수 있다. 또한, 수신기는 궤환 캐패시터와 병렬로 연결되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치는 수신기에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋할 수 있다. 증폭기의 부입력단은 해당 수신전극(RX)과 연결되어 정전용량(Cm: 14)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(11)는 수신기를 통해 적분된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(미도시: analog to digital converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서(10)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(11)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(13)는 구동부(12)와 감지부(11)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(13)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(12)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(13)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(11)에 전달하여 감지부(11)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도1a에서 구동부(12) 및 감지부(11)는 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미도시)를 구성할 수 있다. 터치 검출 장치는 제어부(13)를 더 포함할 수 있다. 터치 검출 장치는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치에서 후술하게될 터치 센서 제어기(1100)에 해당하는 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(10)에 포함된 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 예컨대 전도성 트레이스(conductive trace) 및/또는 회로 기판상에 인쇄된 전도성 패턴(conductive pattern)등을 통해서 터치 센싱 IC에 포함된 구동부(12) 및 감지부(11)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 터치 회로 기판(이하 터치PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(Cm)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서(10)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도1a에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm, mutual capacitance)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(11)에서 감지하여 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서(10)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서(10)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서(10)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
위에서는 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이의 상호 정전용량 변화량에 기초하여, 터치 위치를 감지하는 터치 센서(10)의 동작 방식에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 또다른 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도1b에 도시된 터치 센서(10)에는 복수의 터치 전극(30)이 구비된다. 복수의 터치 전극(30)은 도7d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(13)에 의해 생성된 구동제어신호는 구동부(12)에 전달되고, 구동부(12)는 구동제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)에 구동신호를 인가한다. 또한, 제어부(13)에 의해 생성된 감지제어신호는 감지부(11)에 전달되고, 감지부(11)는 감지제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 터치 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(11)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치가 검출된다. 예컨대, 터치 전극(30)의 좌표를 미리 알고 있기 때문에, 터치 센서(10)의 표면에 대한 객체의 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있게 된다.
이상에서는, 편의상 구동부(12)와 감지부(11)가 별개의 블록으로 나뉘어 동작하는 것으로 설명되었지만, 터치 전극(30)에 구동신호를 인가하고, 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는 동작을 하나의 구동 및 감지부에서 수행하는 것도 가능하다.
이상에서 터치 센서(10)로서 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 전술한 방법 이외의 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다. 디스플레이 기능 및 터치 위치 검출에 더하여 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치(1000)에서 제어 블록은 전술한 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 패널을 구동하기 위한 디스플레이 제어기(1200) 및 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. 디스플레이 제어기(1200)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널(200A)에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 회로 기판(이하 디스플레이PCB로 지칭)에 실장될 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
압력 감지부를 통해 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)의 구성과 유사하게 구성되어 터치 센서 제어기(1100)와 유사하게 동작할 수 있다. 구체적으로, 압력 센서 제어기(1300)가 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 구동부, 감지부 및 제어부를 포함하고, 감지부로가 감지한 감지 신호에 의하여 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)가 실장된 터치PCB에 실장될 수도 있고, 디스플레이 제어기(1200)가 실장된 디스플레이PCB에 실장될 수도 있다.
실시예에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 서로 다른 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 각각 서로 다른 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 프로세서(1500)는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)에 대한 호스트(host) 프로세서로서 기능할 수 있다.
다른 실시예에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 하나의 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)가 하나의 칩(chip)으로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 디스플레이 화면 및/또는 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
이와 같은 터치 입력 장치(1000)를 얇고(slim) 경량(light weight)으로 제작하기 위해, 전술한 바와 같이 별개로 구성되는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)가 실시예에 따라 하나 이상의 구성으로 통합될 수 있다. 이에 더하여 프로세서(1500)에 이들 각각의 제어기가 통합되는 것도 가능하다. 이와 더불어, 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)에 터치 센서(10) 및/또는 압력 감지부가 통합될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 패널(200A)은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 패널에 표시된 화면을 시각적으로 확인하면서 터치 표면에 터치를 수행하여 입력 행위를 수행할 수 있다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 먼저, 도3a를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(271) 및 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 또한, LCD 패널인 디스플레이 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 상부에 배치되는제1기판층(261) 및 액정층(250)의 하부에 배치되는 제2기판층(262)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2기판층(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(261) 및 제2기판층(262) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3a에서 제2기판층(262)은, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 등을 포함하는 다양한 층으로 이루어질 수 있다. 이들 전기적 구성요소들은, 제어된 전기장을 생성하여 액정층(250)에 위치한 액정들을 배향시키도록 작동할 수 있다.
다음으로, 도3b를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 OLED 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(282)을 포함할 수 있다. 또한, OLED 패널인 디스플레이 패널(200A)은 OLED(Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 유기물층(280), 유기물층(280)의 상부에 배치되는 제1기판층(281) 및 유기물층(280) 하부에 배치되는 제2기판층(283)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(281)은 인캡 글라스(Encapsulation glass)일 수 있고, 제2기판층(283)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(281) 및 제2기판층(283) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3d 내지 도3f에 도시된 OLED 패널의 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 등의 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극을 포함할 수 있다. OLED(Organic Light-Emitting Diode) 패널은 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자와 정공이 유기물층에서 결합하면서 빛이 발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이 패널로서, 발광층을 구성하는 유기물질이 빛의 색깔을 결정한다.
구체적으로, OLED는 유리나 플라스틱 위에 유기물을 도포해 전기를 흘리면, 유기물이 광을 발산하는 원리를 이용한다. 즉, 유기물의 양극과 음극에 각각 정공과 전자를 주입하여 발광층에 재결합시키면 에너지가 높은 상태인 여기자(excitation)를 형성하고, 여기자가 에너지가 낮은 상태로 떨어지면서 에너지가 방출되어 특정한 파장의 빛이 생성되는 원리를 이용하는 것이다. 이때, 발광층의 유기물에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
OLED는 픽셀 매트릭스를 구성하고 있는 픽셀의 동작특성에 따라 라인 구동 방식의 PM-OLED(Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)와 개별 구동 방식의 AM-OLED(Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)가 존재한다. 양자 모두 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 디스플레이 모듈을 매우 얇게 구현할 수 있고, 각도에 따라 명암비가 일정하고, 온도에 따른 색 재현성이 좋다는 장점을 갖는다. 또한, 미구동 픽셀은 전력을 소모하지 않는다는 점에서 매우 경제적이다.
동작 면에서 PM-OLED는 높은 전류로 스캐닝 시간(scanning time) 동안만 발광을 하고, AM-OLED는 낮은 전류로 프레임 시간(frame time)동안 계속 발광 상태를 유지한다. 따라서, AM-OLED는 PM-OLED에 비해서 해상도가 좋고, 대면적 디스플레이 패널 구동이 유리하며, 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, 박막 트랜지스터(TFT)를 내장하여 각 소자를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 정교한 화면을 구현하기 쉽다.
또한, 유기물층(280)은 HIL(Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Electron Injection Layer, 발광층)을 포함할 수 있다.
각 층에 대해 간략히 설명하면, HIL은 정공을 주입시키며, CuPc 등의 물질을 이용한다. HTL은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하고, 주로, 정공의 이동성(hole mobility)이 좋은 물질을 이용한다. HTL은 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL과 ETL은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다. 이는, OLED 패널에 포함되는 유기물층(280)의 기본적인 구성을 설명한 것일 뿐, 본 발명은 유기물층(280)의 층구조나 소재 등에 한정되지 않는다.
유기물층(280)은 애노드(Anode)(미도시)와 캐소드(Cathode)(미도시) 사이에 삽입되며, TFT가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드에는 전자가 주입되어, 유기물층(280)으로 정공과 전자가 이동하여 빛을 발산한다.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널 또는 OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A) 및 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 제2편광층(272) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 도 3a에 도시된 디스플레이 패널(200A) 및 도 3b에 도시된 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 제2편광층(272) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치되는 경우, 디스플레이 모듈(200) 상부에는 터치 센서 패널이 배치될 수 있고, 터치 센서(10)가 터치 센서 패널에 포함될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널의 표면일 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 상면에 형성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도3a 및 도3b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 실시예에 따라 터치 센서(10) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서(10) 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서(10)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전극은 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수도 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 제1기판층(261,281) 상면에 형성될 수 있으며, 나머지 전극은 제1기판층(261,281) 하면 또는 제2기판층(262,283) 상면에 형성될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 하면 또는 제2기판층(262,283)의 상면에 형성될 수 있다.
디스플레이 패널(200A) 내부에 터치 센서(10)가 배치되는 경우, 터치 센서 동작을 위한 전극이 추가로 배치될 수도 있으나, 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하는 다양한 구성 및/또는 전극이 터치 센싱을 위한 터치 센서(10)로 이용될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 터치 센서(10)는 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 구동전극 및 수신전극 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서(10)는 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 단일 전극(30) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)에 포함되는 전극이 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 경우, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서가 형성된 커버층(100)과 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200) 사이가 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 라미네이션되어 있을 수 있다. 이에 따라 터치 센서의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다.
도4a, 도4b 및 도4d 내지 도4g는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이고, 도4c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 분해 사시도이다.
도4a 및 이하의 일부 도면에서 디스플레이 패널(200A)이 커버층(100)에 직접 라미네이션되어 부착된 것으로 도시되나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이며 제1편광층(271,282)이 디스플레이 패널(200A) 상부에 위치한 디스플레이 모듈(200)이 커버층(100)에 라미네이션 되어 부착될 수 있으며, LCD 패널이 디스플레이 패널(200A)인 경우, 제2편광층(272) 및 백라이트 유닛이 생략되어 도시된 것이다.
도4a 내지 도4g를 참조한 설명에서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서(10)가 형성된 커버층(100)이 도3a 및 도3b에 도시된 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)가 도3a 및 도3be에 도시된 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도4a 내지 도4c에서 터치 센서(10)가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)을 덮는 것이 도시되나, 터치 센서 (10)는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고 디스플레이 모듈(200)이 유리와 같은 커버층(100)으로 덮인 터치 입력 장치(1000)가 본 발명의 실시예로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 하우징(320)과 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간 (310) 등을 감싸는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판에는 메인보드(main board)로서 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등이 실장되어 있을 수 있다. 기판(300)을 통해 디스플레이 모듈(200)과 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 분리되고, 디스플레이 모듈(200)에서 발생하는 전기적 노이즈 및 회로기판에서 발생하는 노이즈가 차단될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10) 또는 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 하우징(320)이 터치 센서(10)와 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판을 감싸도록, 하우징(320)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)를 통해 터치 위치를 검출하고, 터치 위치를 검출하는데 사용되는 전극 및 디스플레이를 구동하는데 사용되는 전극과는 다른, 별도의 센서를 압력 감지부로 사용하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
이하에서 압력 검출을 위한 구성을 총괄하여 압력 감지부로 지칭한다. 예컨대, 도4a에 도시된 실시예에서 압력 감지부는 센서시트(440)를 포함할 수 있고, 도4b에 도시된 실시예에서 압력 감지부는 압력 센서(450,460)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치는 도4a에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)를 포함하는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있으며, 도4b에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)가 디스플레이 패널(200A) 하면에 직접 형성될 수도 있다.
또한, 압력 감지부는 예컨대, 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성되며, 이에 대해서는 도4a 내지 도4g를 참조하여 상세하게 살펴본다.
실시예에 따라 스페이서층(420)은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층(420)이 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되므로, 투명한 물질이거나 불투명한 물질일 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되는 기판(300)에 형성되거나 기판(300) 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 또한, 기준 전위층은 기판(300) 상부에 배치되고 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치되며, 디스플레이 모듈(200)을 보호하는 기능을 수행하는 커버(미도시)에 형성되거나, 커버 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 기판(300) 사이 또는 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 커버 사이에 스페이서층이 배치될 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면, 또는 제2기판층(262,283)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 도 3a 및 도3b에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 경우, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A)의 상부 또는 내부에 배치될 수도 있다.
실시예에 따라, 스페이서층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우, 스페이서층은 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛의 제조시에 포함되는 에어갭(air gap)일 수 있다. 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층의 기능을 수행할 수 있으며, 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층의 기능을 수행할 수 있다.
도4c는 본 발명의 도4a에 도시된 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 사시도이다. 도4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1예에서 센서시트(440)는 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)은 센서시트(440)를 배치하기 위해서 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는 스페이서층을 포함할 수 있다.
이하에서, 터치 센서(10)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 압력을 검출하기 위한 센서(450 및 460)를 압력 센서(450,460)로 지칭한다. 이때, 압력 센서(450,460)는 디스플레이 패널(200A)의 전면이 아닌 후면에 배치되므로 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다. 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 백라이트 유닛으로부터 빛이 투과되어야 하므로, 압력 센서(450,460)는 ITO와 같은 투명한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 압력 센서(450,460)가 배치되는 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 높이를 갖는 프레임(330)이 형성될 수 있다. 이 때, 프레임(330)은 접착 테이프(미도시)로 커버층(100)에 접착될 수 있다. 도4c에서 프레임(330)은 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 프레임(330)은 기판(300)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 패널(200A)에 압력이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 패널(200A)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도4d는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도4d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 디스플레이 패널(200A) 하부면 상에 또는 하부면에 배치될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 센서는 제1센서(450)와 제2센서(460)를 포함할 수 있다. 이때, 제1센서(450)와 제2센서(460) 중 어느 하나는 구동센서일 수 있고 나머지 하나는 수신센서일 수 있다. 구동센서에 구동신호를 인가하고 수신센서를 통해 압력이 인가됨에 따라 변하는 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 획득할 수 있다. 예를 들면, 전압이 인가되면, 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도4e는 도4d에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)의 상부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 센서(450,460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기판(300)의 상부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도4e에서는 기판(300)의 상부면이 그라운드 전위, 즉 기준 전위층인 경우에 대하여 설명하였지만, 기준 전위층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수 있다. 이 때, 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 패널(200A)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 패널(200A)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
제1센서(450)와 제2센서(460)는 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도4d 및 도4e에 도시된 제1센서(450)와 제2센서(460) 각각은 도7a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 센서로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1센서(450)는 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2센서(460)는 제1축 방향과 직교하는 제2축 방향으로 서로 이어진 형태이며, 제1센서(450) 및 제2센서(460) 중 적어도 하나는 각각의 복수의 마름모꼴 형태의 센서가 브릿지를 통해 연결되어 제1센서(450)와 제2센서(460)가 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 이 때, 도6a 내지 도6c에 도시된 압력센서는 도7b에 도시된 형태의 센서로 구성될 수 있다.
이상에서 터치 압력은 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 압력 감지부는 제1센서(450)와 제2센서(460) 중 어느 하나의 압력 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 기준 전위층) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 구동신호는 상기 하나의 압력 센서에 인가되고, 압력 센서와 그라운드층 사이의 자기 정전용량 변화가 상기 압력 센서로부터 감지될 수 있다.
예컨대, 도4d에서 압력 센서는 제1센서(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 기판(300)과 제1센서(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1센서(450)와 기판(300) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기판(300)과 제1센서(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이때, 압력 센서는, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 도7d에 도시된 바와 같이 복수의 제1센서(450)가 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
도4f는 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 이 때, 도4a에 도시된 바와 같이 압력 감지부가 센서시트로 구성되는 경우, 센서시트는 제1센서(450)를 포함하는 제1센서시트(440-1)와 제2센서(460)를 포함하는 제2센서시트(440-2)로 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)와 제2센서(460) 중 어느 하나는 기판(300) 상에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 도4g에서는 제1센서(450)가 기판(300) 상에 형성되고 제2센서(460)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다.
도4g는 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 이 때, 제1센서(450)는 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성되고, 제2센서(460)는, 제2센서(460)가 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2절연층(471)이 제2센서(460) 상에 형성되는, 센서시트의 형태로 기판(300)의 상부면에 배치될 수 있다.
객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 증가할 수 있다. 따라서, 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 증가량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 도4g에서 제1센서(450)와 제2센서(460)는 서로 다른 층에 형성되므로, 제1센서(450) 및 제2센서(460)는 빗살형상 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며 제1센서(450) 및 제2센서(460) 중 어느 하나는 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 다른 하나는 도7d에 도시된 바와 같이 복수의 센서가 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
상기에서는 도4b에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)가 디스플레이 패널(200A)의 하면에 직접 형성되는 실시예를 기준으로 설명하였으나 도4a에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)가 포함된 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는 실시예에도 모두 적용 가능하다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)가 포함된 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200) 하면에 부착될 수도 있고, 기판(300)의 상면에 부착될 수도 있다.
이 경우, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 도5는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다. 도5의 (a)를 참조하여 설명하면, 압력 센서(450,460)를 포함하는 센서시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 이때, 센서시트(440)에서 압력 센서(450,460)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 센서(450,460)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 단락되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)의 종류 및/또는 구현 방식에 따라, 압력 센서(450,460)가 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 절연층(470) 사이에 그라운드 전극(ground electrode: 미도시)을 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 그라운드 전극과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 또 다른 절연층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 그라운드 전극(미도시)은 압력 센서인 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
제1센서(450)와 제2센서(460)는 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어 센서층을 구성하여도 무방하다. 도5의 (b)는 제1센서(450)와 제2센서(460)가 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (b)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)는 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2센서(460)는 제1센서(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2센서(460)는 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 즉, 센서시트(440)는 제1절연층(470) 내지 제3절연층(472), 제1센서(450) 및 제2센서(460)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)와 제2센서(460)는 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1센서(450)와 제2센서(460)는 도7c에 도시된 바와 같이, MXN의 구조로 배열된 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 패턴과 유사하게 형성될 수 있다. 이때, M 및 N은 1 이상의 자연수 일 수 있다. 또는, 도7a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1센서(450)와 제2센서(460)가 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
도5의 (c)는 센서시트(440)가 제1센서(450)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (c)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)를 포함하는 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 배치될 수 있다.
도5의 (d)는 제1센서(450)를 포함하는 제1센서시트(440-1)가 기판(300) 상에 부착되고 제2센서(460)를 포함하는 제2센서시트(440-2)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (d)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)를 포함하는 제1센서시트(440-1)는 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2센서(460)를 포함하는 제2센서시트(440-2)는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치될 수 있다.
도5의 (a)와 관련하여 설명된 바와 마찬가지로, 압력 센서(450,460)가 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타내는 경우, 도5의 (a) 내지 (d)에서 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 제1절연층(470, 470-1, 470-2) 사이에 그라운드 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 센서시트(440)는 그라운드 전극(미도시)과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에 추가의 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450,460)는 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수 있다. 도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서의 실시예를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도6a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 압력 센서(450,460)를 도시한다. 구체적으로, 도6a에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450,460)가 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 압력 센서(450,460)가 제2편광층(272) 하면에 형성될 수도 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가되면, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 구동센서(450)에 구동신호가 인가되고, 압력 센서(450,460)와 이격된 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 수신센서(460)로부터 수신한다. 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 압력 센서(450,460)에 구동신호가 인가되고, 압력 센서(450,460)와 이격된 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 압력 센서(450,460)로부터 수신한다. 여기서 기준전위층은 기판(300)이거나 디스플레이 패널(200A)과 기판(300) 사이에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버일 수 있다.
다음으로, 도6b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 압력 센서(450,460)를 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)가 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도6a에서 설명한 방법과 동일하다.
OLED 패널의 경우, 유기물층(280)에서 빛이 발광하므로, 유기물층(280) 하부에 배치된 제2기판층(283)의 하면에 형성되는 압력 센서(450,460)는 불투명한 물질로 구성될 수 있다. 하지만 이 경우, 디스플레이 패널(200A) 하면에 형성된 압력 센서(450,460)의 패턴이 사용자에게 보일 수 있기 때문에, 압력 센서(450,460)를 제2기판층(283) 하면에 직접 형성시키기 위하여, 제2기판층(283) 하면에 블랙 잉크와 같은 차광층을 도포한 후, 차광층 상에 압력 센서(450,460)를 형성시킬 수 있다.
또한, 도6b에서는 제2기판층(283)의 하면에 압력 센서(450,460)가 형성되는 것으로 도시되었지만, 제2기판층(283)의 하부에 제3기판층(미도시)가 배치되고, 제3기판층의 하면에 압력 센서(450,460)가 형성될 수 있다. 특히 디스플레이 패널(200A)이 플렉서블 OLED 패널일 경우, 제1기판층(281), 유기물층(280) 및 제2기판층(283)으로 구성된 디스플레이 패널(200A)이 매우 얇고 잘 휘어지기 때문에, 제2기판층(283)의 하부에 상대적으로 잘 휘어지지 않는 제3기판층을 배치할 수 있다.
다음으로, 도6c는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A) 내에 형성된 압력 센서(450,460)를 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)가 제2기판층(283) 상면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도6a에서 설명한 방법과 동일하다.
또한, 도6c에서는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대하여 예를 들어 설명하였지만, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 제2기판층(272) 상면에 압력 센서(450,460)가 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 압력 센서(450,460)가 제2기판층(272,283)의 상면 또는 하면에 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 센서(450,460)가 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 압력 센서(450,460)가 포함된 압력 감지부가 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 감지부가 기판(300)에 직접 형성되고, 전위층이 디스플레이 패널(200A)이거나 디스플레이 패널(200A)과 기판(300) 사이에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버일 수 있다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 기준전위층이 압력 감지부의 하부에 배치되는 것에 대하여 설명하였지만, 기준전위층이 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준전위층이 디스플레이 패널(200A)의 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면, 또는 제2기판층(262,283)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 센서(450,460)는 도4g에 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 제1센서(450) 및 센서시트의 형태로 구성된 제2센서(460)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1센서(450)는 도6a 내지 도6c에 설명한 바와 같이 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되고, 제2센서(460)는 도4g에서 설명한 바와 같이 센서시트의 형태로 구성되어 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서 제어기(1300)와 터치 센서 제어기(1100)가 하나의 IC로 통합되어 구동되는 경우, 통합된 IC의 제어부는 터치 센서 (10)의 스캐닝을 수행함과 동시에 압력 감지부의 스캐닝을 수행하도록 하거나, 또는 통합된 IC의 제어부는 시분할하여 제1시간구간에는 터치 센서(10)의 스캐닝을 수행하도록 하고 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 압력 감지부의 스캐닝을 수행하도록 제어신호를 생성할 수 있다.
이상에서는, 압력 감지부에 포함된 압력 센서(450)가 전극으로 구성되고, 압력 감지부에서 감지하는 전기적 특성으로서 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따른 정전용량 변화량을 검출하여 압력의 크기를 검출하는 것에 대하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않으며, 압력 감지부에 포함된 압력 센서(450)가 스트레인 게이지로 구성되고, 압력 감지부에서 감지하는 전기적 특성으로서 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 변하는 압력 센서(450)의 저항값의 변화량을 검출하여 압력의 크기를 검출할 수도 있다.
이하에서 설명할 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 압력 센싱 회로를 포함한다. 압력 센싱 회로는 터치 입력 장치의 압력 감지부에서 감지하는 정전용량 변화량을 센싱한다.
도 8은 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로가 적용된 터치 입력 장치의 단면을 예시한다. 도 8에 도시된 터치 입력 장치는 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 압력 센서(450)를 포함한다.
기판(300)은 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치된다. 기판(300)은 압력 센서(450)에 대한 기준전위층을 포함한다. 기판(300) 자체가 기준전위층일 수도 있고, 기판(300)이 별도의 기준전위층을 포함할 수 있다. 기준 전위층은 그라운드(ground) 전위를 갖는 그라운드 층일 수 있다.
압력 센서(450)는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 압력 센서(450)는 디스플레이 모듈(200)의 하면에 배치된다. 여기서, 압력 센서(450)는 도 4b에 도시된 바와 같이 디스플레이 모듈(200)의 하면에 직접 형성될 수도 있고, 도 4a에 도시된 바와 같이 압력 센서(450)를 갖는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하면에 부착될 수도 있다. 또한, 도 6a 내지 도 6c에 도시된 바와 같이 압력 센서(450)가 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 패널(200A)에 배치될 수 있다.
압력 센서(450)과 기판(300)과의 거리(d) 변화에 따라 압력 센서(450)와 기판(300) 사이의 정전용량이 변하게 되는데, 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로가 이러한 정전용량 변화를 센싱함으로써, 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로를 포함하는 터치 입력 장치는 입력되는 객체(f)의 압력의 크기를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 압력 센서(450)의 자기 정전용량(self capacitance) 값으로부터 압력 크기를 검출할 수 있다. 객체(f)가 터치 입력 장치의 터치 표면을 누르면, 압력 크기에 따라 압력 센서(450)와 기준 전위층 사이의 거리(d)가 감소하게 된다. 거리(d)가 가까워짐에 따라 압력 센서(450)와 기준 전위층 사이에 생성되는 캐패시터의 정전용량 값이 증가할 수 있다. 즉, 거리(d) 감소에 따라 기준 전위층에 대한 압력 센서(450)의 자기 정전용량 값이 증가할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로가 적용된 터치 입력 장치의 단면을 예시한다. 도 9에 도시된 터치 입력 장치는 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 압력 센서(450)를 포함한다.
기판(300)은 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치된다.
디스플레이 모듈(200)은 기판(300) 상에 배치된다. 디스플레이 모듈(200)은 압력 센서(450)에 대한 기준전위층을 포함한다. 기준 전위층은 그라운드(ground) 전위를 갖는 그라운드 층일 수 있다.
압력 센서(450)는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 압력 센서(450)는 기판(300)에 배치된다. 여기서, 압력 센서(450)는 기판(300)의 상면에 직접 형성될 수도 있고, 압력 센서(450)를 갖는 센서시트(440)가 기판(300)의 상면에 부착될 수도 있다.
압력 센서(450)와 디스플레이 모듈(200)에 포함된 기준전위층과의 거리(d) 변화에 따라 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 정전용량이 변하게 되는데, 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로가 이러한 정전용량 변화를 센싱함으로써, 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로를 포함하는 터치 입력 장치는 입력되는 객체(f)의 압력의 크기를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 압력 센서(450)의 자기 정전용량(self capacitance) 값으로부터 압력 크기를 검출할 수 있다. 객체(f)가 터치 입력 장치의 터치 표면을 누르면, 압력 크기에 따라 압력 센서(450)와 기준 전위층 사이의 거리(d)가 감소하게 된다. 거리(d)가 가까워짐에 따라 압력 센서(450)와 기준 전위층 사이에 생성되는 캐패시터의 정전용량 값이 증가할 수 있다. 즉, 거리(d) 감소에 따라 기준 전위층에 대한 압력 센서(450)의 자기 정전용량 값이 증가할 수 있다.
도 8 내지 도 9에 도시된 터치 입력 장치의 압력 센서(450)로부터 센싱되는 정전용량 변화량으로부터 입력되는 압력의 크기를 센싱하는 압력 센싱 회로를 도 10 내지 도 22를 참조하여 설명한다.
후술할 본 발명의 압력 센싱 회로의 출력 신호(Vo)는, 도 8 내지 도 9에 도시된 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 거리(d)에 비례하는 특유의 특성을 갖는다. 이러한 특유의 특성에 의해서 압력 센싱 감도가 일정한 기술적 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 거리(d)가 제조 공정에 따라 일정하지 않는 경우에도 압력 센싱 감도가 일정한 이점이 있다. 또한, 기판(300)이 외력에 의해 휘어지는 특수한 경우에도 압력 센싱 감도가 일정한 이점이 있다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 전원 전압(VDDA)과 그라운드 전압 사이에 직렬 연결된 제1 전류원(SI1)과 제2 전류원(SI2)를 포함하고, 제1 전류원(SI1)과 제2 전류원(SI2) 사이에 연결된 압력 센서 노드(NA)를 포함하며, 압력 센서 노드(NA)와 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No)를 포함한다.
여기서, 압력 센서 노드(NA)는 도 8 또는 도 9에 도시된 압력 센서(450)의 정전용량 값에 대응하는 압력 커패시터(CA)와 연결된다. 여기서, 압력 커패시터(CA)는 압력 센서 노드(NA)와 그라운드 전압 사이에 연결된다.
제1 전류원(SI1)은 매 주기별로 미리 설정된 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고 그 이외의 시간에는 턴오프된다. 제2 전류원(SI2)은 매 주기별로 미리 설정된 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온되고 그 이외의 시간에는 턴오프된다. 여기서, t1과 t3는 동일할 수 있다. 또한, 제1 전류원(SI1)에 의한 제1 전류(I1)과 제2 전류원(SI2)에 의한 제2 전류(I2)의 크기는 동일할 수 있다.
t3는 t1 이후이고, t1과 t3 사이의 제2 시간구간(t2) 동안에 제1 전류원(SI1)과 제2 전류원(SI2)은 턴오프된다. t3 이후의 제4 시간구간(t4) 동안에 제1 전류원(SI1)과 제2 전류원(SI2)은 턴오프된다. 여기서, t2과 t4는 동일할 수 있다.
여기서, t1 ~ t4의 합은, 제1 전류원(SI1)과 제2 전류원(SI2)의 주기와 일치할 수 있다.
도 10에 도시된 본 발명의 실시 형태에 압력 센싱 회로의 동작을 설명하면, 제1 시간구간(t1) 동안에는, 제1 전류원(SI1)이 턴온되고 제2 전류원(SI2)이 턴오프되어 압력 커패시터(CA)에 전하가 충전되므로 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 증가한다. 제3 시간구간(t3) 동안에는, 제1 전류원(SI1)이 턴오프되고 제2 전류원(SI2)이 턴온되어 압력 커패시터(CA)에 충전된 전하가 방전되므로 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 감소한다. 제2 시간구간(t2)과 제4 시간구간(t4) 동안에는 제1 전류원(SI1)과 제2 전류원(SI2)이 턴오프되어 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)은 압력 커패시터(CA)의 양단 전압이 된다. 출력 노드(No)는 압력 센싱 노드(NA)와 동일한 전위차를 가지므로, 출력 노드(No)의 출력 신호(Vo)는 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 된다.
이러한, 도 10에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 출력 신호(Vo)는, 도 8 또는 도 9에 도시된 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 거리(d)에 비례하는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 아래의 수학식들에 의해 증명된다.
Figure pat00001
<수학식 1>에서, VA는 압력 센싱 노드(NA)의 전압으로서 압력 센서(450)의 전압(voltage), CA는 압력 센서(450)의 커패시턴스(capacitance), Q는 CA에 충전 또는 방전되는 전하량이다.
Figure pat00002
<수학식 2>에서, A는 압력 센서(450)의 면적, d는 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 거리, I는 압력 센서(450)의 구동 전류(driving current)로서 압력 센서(450)로 인가되는 전류, t는 압력 센서(450)의 구동(driving) 시간이다.
수학식 2를 수학식 1에 대입하면, 아래의 수학식 3과 같다.
Figure pat00003
수학식 3을 통해서, 아래의 수학식 4의 비례관계를 이끌어낼 수 있다.
Figure pat00004
도 10에 도시된 압력 센싱 회로에서 VA는 Vo와 같기 때문에, 아래의 수학식 5와 같이, 도 10에 도시된 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 출력 신호(Vo)는, 도 8 또는 도 9에 도시된 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 거리(d)에 비례함을 알 수 있다.
Figure pat00005
한편, 도 10에 도시된 본 발명의 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 출력 노드(No)에 연결된 ADC(600, Analog to Digital)를 더 포함할 수 있다. ADC(600)는 출력 노드(No)로부터 출력되는 출력 신호(Vo)를 디지털 신호로 변환한다. 변환된 디지털 신호는 AP 또는 CPU와 같은 프로세서 등에 입력되어 압력의 크기를 획득하도록 처리될 수 있다.
도 11은 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 제1 변형 예이다.
도 11에 도시된 제1 변형 예는, 도 10에 도시된 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 제1 전류원(SI1)이 제1 스위치(SW1)로 대체된 것과 동일하다. 제1 스위치(SW1)를 제외하고는 나머지 회로 구성은 도 10과 동일하다.
제1 스위치(SW1)는 매 주기별로 미리 설정된 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온되고, 그 이외의 시간에는 턴오프된다. 제2 전류원(SI2)은 매 주기별로 미리 설정된 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고 그 이외의 시간에는 턴오프된다.
여기서, 제1 스위치(SW1)가 턴온되는 제3 시간구간(t3)은 제2 전류원(SI2)이 턴온되는 제1 시간구간(t1)과 오버랩되지 않는다. 이를 위해, 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3) 사이에 제2 시간구간(t2)가 존재하고, 제3 시간구간(t3)와 다음 주기의 제1 시간구간(t1) 사이에 제4 시간구간(t4)가 존재한다. 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)의 길이는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 또한, 제4 시간구간(t4)의 길이는 제1 시간구간(t1) 내지 제3 시간구간(t3) 중 어느 하나의 길이와 같을 수도 있고 다를 수도 있으며, 상당히 작은 시간 길이를 가질 수도 있다.
도 11에 도시된 제1 변형 예의 압력 센싱 회로의 동작을 설명하면, 제1 시간구간(t1) 동안에는, 제2 전류원(SI2)이 턴온되고 제1 스위치(SW1)이 오프된 상태이므로, 압력 커패시터(CA)에 충전된 전하가 방전된다. 충전된 전하가 방전됨에 따라 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 감소한다.
제2 시간구간(t2) 동안에는, 제2 전류원(SI2)이 턴오프되고 제1 스위치(SW1)가 오프된 상태이므로, 압력 센싱 노드(NA)에 소정의 전압(VA)이 유지된다. 소정의 전압(VA)은 압력 커패시터(CA), 제2 전류원(SI2)의 정전류의 크기(I2) 및 제1 시간구간(t1)의 길이에 따른 소정의 크기를 갖는다. 여기서, 제2 시간구간(t2)은 소정의 전압(VA)을 측정하는 구간일 수 있다.
제3 시간구간(t3) 동안에는, 제1 스위치(SW1)가 턴온되고, 제2 전류원(SI2)이 오프된 상태이므로, 제1 스위치(SW1)가 턴온되는 순간에 압력 커패시터(CA)는 전원 전압(VDDA)에 의해 전하가 충전되고, 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)은 전원 전압(VDDA)이 된다.
제4 시간구간(t4) 동안에는, 제1 스위치(SW1)가 턴오프되고, 제2 전류원(SI2)이 오프된 상태이므로, 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 그대로 유지된다.
도 11에 도시된 제1 변형 예의 압력 센싱 회로의 출력 신호(V0)는, 도 10에 도시된 압력 센싱 회로와 마찬가지로 도 8 또는 도 9에 도시된 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 거리(d)에 비례하는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 상기 <수학식 1> 내지 <수학식 5>에 의해 증명된다.
도 12는 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 제2 변형 예이다.
도 12에 도시된 제2 변형 예는, 도 10에 도시된 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로의 제2 전류원(SI2)이 제2 스위치(SW2)로 대체된 것과 동일하다. 제2 스위치(SW2)를 제외하고는 나머지 회로 구성은 도 10과 동일하다.
제2 스위치(SW2)는 매 주기별로 미리 설정된 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온되고, 그 이외의 시간에는 턴오프된다. 제1 전류원(SI1)은 매 주기별로 미리 설정된 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고 그 이외의 시간에는 턴오프된다.
여기서, 제2 스위치(SW2)가 턴온되는 제3 시간구간(t3)은 제1 전류원(SI1)이 턴온되는 제1 시간구간(t1)과 오버랩되지 않는다. 이를 위해, 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3) 사이에 제2 시간구간(t2)가 존재하고, 제3 시간구간(t3)와 다음 주기의 제1 시간구간(t1) 사이에 제4 시간구간(t4)가 존재한다. 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)의 길이는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 또한, 제4 시간구간(t4)의 길이는 제1 시간구간(t1) 내지 제3 시간구간(t3) 중 어느 하나의 길이와 같을 수도 있고 다를 수도 있으며, 상당히 작은 시간 길이를 가질 수도 있다.
도 12에 도시된 제2 변형 예의 압력 센싱 회로의 동작을 설명하면, 제1 시간구간(t1) 동안에는, 제1 전류원(SI1)이 턴온되고 제2 스위치(SW2)이 오프된 상태이므로, 압력 커패시터(CA)에 전하가 충전된다. 전하가 충전됨에 따라 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 증가한다.
제2 시간구간(t2) 동안에는, 제1 전류원(SI1)이 턴오프되고 제2 스위치(SW2)가 오프된 상태이므로, 압력 센싱 노드(NA)에 소정의 전압(VA)이 유지된다. 소정의 전압(VA)은 압력 커패시터(CA), 제1 전류원(SI1)의 정전류의 크기(I1) 및 제1 시간구간(t1)의 길이에 따른 소정의 크기를 갖는다. 여기서, 제2 시간구간(t2)은 소정의 전압(VA)을 측정하는 구간일 수 있다.
제3 시간구간(t3) 동안에는, 제2 스위치(SW2)가 턴온되고, 제1 전류원(SI1)이 오프된 상태이므로, 제2 스위치(SW2)가 턴온되는 순간에 압력 커패시터(CA)에 충전된 전하가 모두 방전되고, 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)은 0이 된다.
제4 시간구간(t4) 동안에는, 제2 스위치(SW2)가 턴오프되고, 제1 전류원(SI1)이 오프된 상태이므로, 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 그대로 유지된다.
도 12에 도시된 제2 변형 예의 압력 센싱 회로의 출력 신호(V0)는, 도 10에 도시된 압력 센싱 회로와 마찬가지로 도 8 또는 도 9에 도시된 압력 센서(450)와 기준전위층 사이의 거리(d)에 비례하는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 상기 <수학식 1> 내지 <수학식 5>에 의해 증명된다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이다.
도 13에 도시된 본 발명의 제2 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로에 증폭부(800, Amp)를 더 포함한다. 여기서, 증폭부(800)는 압력 센서 노드(NA)와 출력 노드(No) 사이에 연결된다.
증폭부(800)는 압력 센서 노드(NA)의 전압(VA)를 미리 설정된 비율만큼 증폭하여 출력 노드(No)로 전달한다. 따라서, 출력 노드(No)에서 출력되는 출력 신호(Vo)는, 도 10에서 출력되는 출력 신호보다 상기 비율만큼 증폭된 신호가 된다.
도 13에 도시된 제2 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로는 도 10에 도시된 압력 센싱 회로가 갖는 특성을 그대로 갖고, 추가로 출력 신호가 더 증폭되어 있기 때문에, 압력 센싱 감도가 더 향상되는 이점이 있다.
한편, 도 13에 도시된 본 발명의 제2 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로 뿐만 아니라, 도 11에 도시된 제1 변형 예 또는 도 12에 도시된 제2 변형 예에 증폭부(800, Amp)를 더 포함한 것일 수도 있다.
도 14는 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이다.
도 14에 도시된 본 발명의 제3 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로에 증폭부(800')를 더 포함한다. 증폭부(800')는 도 13에 도시된 증폭부(800)의 구체적인 일 예이다.
증폭부(800')는 압력 센서 노드(NA)와 출력 노드(No) 사이에 연결된다.
증폭부(800')는 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)에서는 반전 증폭기 또는 비반전 증폭기로, 제2 시간구간(t2)와 제4 시간구간(t4)에서는 차동 증폭기로 동작한다. 증폭부(800')는 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)에서는 반전 증폭기 또는 비반전 증폭기로 동작하기 때문에, 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)에서 압력 센서(450)를 통해 유입되는 노이즈(Noise)를 최소화하기 위해서 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)을 가능한 작게 유지하는 것이 바람직하다.
증폭부(800')의 출력 신호(Vo)는, 제2 시간구간(t2)와 제4 시간구간(t4)에서 '0'이다. 증폭부(800')의 출력 신호(Vo)가 제2 시간구간(t2)와 제4 시간구간(t4)에서 '0'이기 때문에, 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)에서 압력 센서(450)를 통해 유입되는 노이즈를 제거할 수 있고, 전체 시간(t1 ~ t4)에서 압력 센서(450)를 통해 유입되는 노이즈를 최소화할 수 있다.
증폭부(800')는 연산 증폭기(op-amp), 연산 증폭기의 반전 입력 단자(-)와 압력 센싱 노드(NA) 사이 및 연산 증폭기의 비반전 입력 단자(+)와 압력 센싱 노드(NA) 사이에 연결된 제1 커패시터(C1), 연산 증폭기의 반전 입력 단자(-)와 연산 증폭기의 출력 단자 사이 및 연산 증폭기의 비반전 입력 단자(+)와 구동 제어 전압(VDRV) 사이에 연결된 제2 커패시터(C2), 및 연산 증폭기의 비반전 입력 단자(+)와 구동 제어 전압(VDRV) 사이에 연결된 제2 커패시터(C2)의 양단에 연결된 스위치(ph3)를 포함한다. 여기서, 연산 증폭기의 출력 단자는 출력 단자(No)와 연결된다.
도 15은 도 14에 도시된 압력 센싱 회로에서, 시간에 따른 제1 전류원(SI1), 제2 전류원(SI2) 및 스위치(ph3)에 흐르는 전류와 구동 제어 전압(VDRV)의 전압 크기의 보여주는 타이밍 다이어그램이다.
제1 전류원(SI1)과 제2 전류원(SI2)의 동작은 도 10에 설명한 바와 같다.
스위치(ph3)는 매 주기별로 제1 시간구간(t1)과 제3 시간구간(t3)에 턴온되고, 제2 시간구간(t2)과 제4 시간구간(t4)에 턴오프된다.
구동 제어 전압(VDRV)은 매 주기별로 제1 시간구간(t1)과 제2 시간구간(t2)에서 하이(high) 레벨(2V)이고, 제3 시간구간(t3)와 제4 시간구간(t4)에서 로우(low) 레벨(0.5V)이다. 여기서, 구동 제어 전압(VDRV)의 하이 레벨과 로우 레벨은 고정된 값이 아니고, 조절가능한 값이다.
도 16는 제1 시간구간(t1)에서의 도 14에 도시된 압력 센싱 회로의 등가회로이고, 도 17는 도 16에 도시된 압력 센싱 회로의 압력 센싱 노드(NA)에서의 전압(VA)- 시간(t) 그래프이다.
도 16 및 도 17를 참조하면, 제1 시간구간(t1) 동안에는, 제1 전류원(SI1)이 턴온되고 제2 전류원(SI2)이 턴오프되어 압력 커패시터(CA)에 전하가 충전되므로 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 증가한다. 그리고, 제1 시간구간(t1) 이후의 제2 시간구간(t2) 동안에는 (
Figure pat00006
)에 해당하는 전압이 일정하게 유지된다.
도 18은 제3 시간구간(t3)에서의 도 14에 도시된 압력 센싱 회로의 등가회로이고, 도 19은 도 18에 도시된 압력 센싱 회로의 압력 센싱 노드(NA)에서의 전압(VA)- 시간(t) 그래프이다.
도 18 및 도 19을 참조하면, 제3 시간구간(t3) 동안에는, 제1 전류원(SI1)이 턴오프되고 제2 전류원(SI2)이 턴온되어 압력 커패시터(CA)에 충전된 전하가 방전되므로 압력 센싱 노드(NA)의 전압(VA)이 감소한다. 그리고, 제3 시간구간(t3) 이후의 제4 시간구간(t4) 동안에는 제2 시간구간(t2) 동안의 전압(
Figure pat00007
)에서 소정의 전압(
Figure pat00008
)을 뺀 전압이 일정하게 유지된다.
도 20은 제2 시간구간(t2)와 제4 시간구간(t4)에서의 도 14에 도시된 압력 센싱 회로의 등가회로이다.
도 20을 참조하면, 제2 시간구간(t2)와 제4 시간구간(t4)에서의 출력 신호(Vo)는 아래의 수학식 6과 같다.
Figure pat00009
상기 수학식 6을 참조하면, 제2 시간구간(t2)와 제4 시간구간(t4)에서의 출력 신호(Vo)는 앞서 설명한 바와 같이 '0'이 된다.
한편, 도 14에 도시된 본 발명의 제3 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로 뿐만 아니라, 도 11에 도시된 제1 변형 예 또는 도 12에 도시된 제2 변형 예에 증폭부(800')를 더 포함한 것일 수도 있다.
도 21는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로이고, 도 22은 도 21에 도시된 압력 센싱 회로의 압력 센서 노드(NA)의 전압(VA), 구동 제어 전압(VDRV) 및 출력 노드(No)의 전압(Vo) 각각의 시간에 따른 그래프이다.
도 21에 도시된 본 발명의 제4 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로에 증폭부(800'')를 더 포함한다.
증폭부(800'')는 압력 센서 노드(NA)와 출력 노드(No) 사이에 연결된다.
증폭부(800'')는 연산 증폭기(op-amp), 연산 증폭기의 반전 입력 단자(-)와 압력 센싱 노드(NA) 사이 및 연산 증폭기의 비반전 입력 단자(+)와 압력 센싱 노드(NA) 사이에 연결된 제1 커패시터(C1), 연산 증폭기의 반전 입력 단자(-)와 연산 증폭기의 출력 단자 사이에 연결된 제2 커패시터(C2), 및 연산 증폭기의 비반전 입력 단자(+)에 연결된 구동 제어 전압(VDRV .H or VDRV .L)을 포함한다. 여기서, 연산 증폭기의 출력 단자는 출력 단자(No)와 연결된다.
구동 제어 전압(VDRV .H or VDRV .L)은 제1 시간구간(t1)과 제2 시간구간(t2)에서 하이 레벨의 전압(VDRV .H)을 연산 증폭기의 비반전 입력 단자로 제공하고, 제3 시간구간(t3)과 제4 시간구간(t4)에서 로우 레벨의 전압(VDRV .L)을 연산 증폭기의 비반전 입력 단자로 제공한다. 여기서, 하이 레벨의 전압(VDRV .H)과 로우 레벨의 전압(VDRV .L)의 중간값이 기준전압(VREF)이 된다.
이러한 증폭부(800'')는 압력 센서 노드(NA)의 전압(VA)을 기준전압(VREF)을 기준으로 증폭한다.
한편, 도 21에 도시된 본 발명의 제4 실시 형태에 압력 센싱 회로는, 도 10에 도시된 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 압력 센싱 회로 뿐만 아니라, 도 11에 도시된 제1 변형 예 또는 도 12에 도시된 제2 변형 예에 증폭부(800'')를 더 포함한 것일 수도 있다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 터치 센서 11: 감지부
12: 구동부 13: 제어부
100: 커버층 200: 디스플레이 모듈
300: 기판 450, 460: 압력 센서

Claims (16)

  1. 입력되는 터치의 압력 크기를 검출하는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 및
    상기 거리에 비례하는 전압을 출력하는 압력 센싱 회로;를 포함하고,
    상기 압력 센싱 회로로부터 출력되는 상기 전압에 기초하여 상기 압력 크기를 검출하고,
    상기 압력 센싱 회로는,
    상기 압력 센서에 걸리는 전압과 동일한 전압을 갖는 압력 센서 노드(NA);
    전원 전압(VDDA)과 상기 압력 센서 노드 사이에 직렬 연결된 스위치;
    상기 압력 센서 노드와 그라운드 사이에 직렬 연결된 전류원; 및
    상기 압력 센서 노드에 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No);를 포함하고,
    상기 전류원과 상기 스위치는 매 주기별로 적어도 1회 이상 턴온 및 턴오프되고, 상기 전류원은 상기 매 주기별로 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고, 상기 스위치는 상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 소정 시간 떨어진 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온되는, 터치 입력 장치.
  2. 입력되는 터치의 압력 크기를 검출하는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 및
    상기 거리에 비례하는 전압을 출력하는 압력 센싱 회로;를 포함하고,
    상기 압력 센싱 회로로부터 출력되는 상기 전압에 기초하여 상기 압력 크기를 검출하고,
    상기 압력 센싱 회로는,
    상기 압력 센서에 걸리는 전압과 동일한 전압을 갖는 압력 센서 노드(NA);
    전원 전압(VDDA)과 상기 압력 센서 노드 사이에 직렬 연결된 전류원;
    상기 압력 센서 노드와 그라운드 사이에 직렬 연결된 스위치; 및
    상기 압력 센서 노드에 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No);를 포함하고,
    상기 전류원과 상기 스위치는 매 주기별로 적어도 1회 이상 턴온 및 턴오프되고, 상기 전류원은 상기 매 주기별로 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고, 상기 스위치는 상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 소정 시간 떨어진 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온되는, 터치 입력 장치.
  3. 입력되는 터치의 압력 크기를 검출하는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 및
    상기 거리에 비례하는 전압을 출력하는 압력 센싱 회로;를 포함하고,
    상기 압력 센싱 회로로부터 출력되는 상기 전압에 기초하여 상기 압력 크기를 검출하고,
    상기 압력 센싱 회로는,
    상기 압력 센서에 걸리는 전압과 동일한 전압을 갖는 압력 센서 노드(NA);
    전원 전압(VDDA)과 상기 압력 센서 노드 사이에 직렬 연결된 제1 전류원;
    상기 제1 전류원과 그라운드 사이에 직렬 연결된 제2 전류원; 및
    상기 압력 센서 노드에 연결되어 출력 신호(Vo)를 출력하는 출력 노드(No);를 포함하고,
    상기 제1 전류원과 상기 제2 전류원은 매 주기별로 적어도 1회 이상 턴온 및 턴오프되고, 상기 제1 전류원은 상기 매 주기별로 제1 시간구간(t1) 동안에 턴온되고, 상기 제2 전류원은 상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 소정 시간 떨어진 제3 시간구간(t3) 동안에 턴온되는, 터치 입력 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 기준전위층을 갖고
    상기 압력 센서는 상기 기준전위층으로부터 소정 간격 이격되고,
    상기 압력 센서는 상기 디스플레이 모듈 내부에 배치된, 터치 입력 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 기준전위층을 갖고
    상기 압력 센서는 상기 기준전위층으로부터 소정 간격 이격되고,
    상기 압력 센서는 상기 디스플레이 모듈의 하면에 직접 형성된, 터치 입력 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판은 기준전위층을 갖고
    상기 압력 센서는 상기 기준전위층으로부터 소정 간격 이격되고,
    상기 압력 센서를 갖는 센서시트를 포함하고,
    상기 센서시트는 상기 디스플레이 모듈의 하면에 부착된, 터치 입력 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 기준전위층을 갖고,
    상기 압력 센서는 상기 기준전위층으로부터 소정 간격 이격되고,
    상기 압력 센서는 상기 기판에 직접 형성된, 터치 입력 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 기준전위층을 갖고,
    상기 압력 센서는 상기 기준전위층으로부터 소정 간격 이격되고,
    상기 압력 센서를 갖는 센서시트를 포함하고,
    상기 센서시트는 상기 기판에 부착된, 터치 입력 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제3 시간구간(t3) 사이의 소정의 제2 시간구간이 존재하고, 제3 시간구간(t3)와 다음 주기의 제1 시간구간 사이에 제4 시간구간(t4)가 존재하고,
    상기 스위치와 상기 전류원은 상기 제2 시간구간과 상기 제4 시간구간 동안에 턴오프되는, 터치 입력 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 매 주기별로 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제3 시간구간(t3) 사이에 제2 시간구간이 존재하고, 상기 제3 시간구간(t3)와 다음 주기의 제1 시간구간 사이에 제4 시간구간(t4)가 존재하고,
    상기 제1 전류원과 상기 제2 전류원은 상기 제2 시간구간과 상기 제4 시간구간 동안에 턴오프되는, 터치 입력 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 전류원(SI1)에 의한 제1 전류(I1)와 상기 제2 전류원(SI2)에 의한 제2 전류(I2)의 크기는 동일하고,
    상기 제1 시간구간과 상기 제3 시간구간은 동일하고,
    상기 제2 시간구간과 상기 제4 시간구간은 동일한, 터치 입력 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 센싱 회로는,
    상기 압력 센서 노드(NA)와 상기 출력 노드(No) 사이에 연결된 증폭부;를 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 증폭부는, 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제3 시간구간(t3)에서는 반전 증폭기 또는 비반전 증폭기로 동작하고, 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제3 시간구간(t3) 사이의 제2 시간구간(t2)과 상기 제3 시간구간(t3)과 다음 주기의 제1 시간구간 사이의 제4 시간구간(t4)에서는 차동 증폭기로 동작하는, 터치 입력 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제2 시간구간(t2)와 상기 제4 시간구간(t4)에서 상기 출력 신호의 전압은 0인, 터치 입력 장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 증폭부는,
    반전 입력 단자(-), 비반전 입력 단자(+) 및 출력 단자를 포함하는 연산 증폭기(op-amp);
    상기 반전 입력 단자(-)와 상기 압력 센싱 노드(NA) 사이 및 상기 비반전 입력 단자(+)와 상기 압력 센싱 노드(NA) 사이에 연결된 제1 커패시터(C1);
    상기 반전 입력 단자(-)와 상기 출력 단자 사이 및 상기 비반전 입력 단자(+)와 구동 제어 전압(VDRV) 사이에 연결된 제2 커패시터(C2); 및
    상기 제2 커패시터(C2)의 양단에 연결된 스위치(ph3);를 포함하고,
    상기 출력 단자는 출력 단자(No)와 연결되고,
    상기 스위치(ph3)는 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제3 시간구간(t3)에 턴온되고, 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제3 시간구간(t3) 사이의 제2 시간구간(t2)과 상기 제3 시간구간(t3)과 다음 주기의 제1 시간구간 사이의 제4 시간구간(t4)에 턴오프되고,
    상기 구동 제어 전압(VDRV)은 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제2 시간구간(t2)에서 하이(high) 레벨이고, 상기 제3 시간구간(t3)와 상기 제4 시간구간(t4)에서 로우(low) 레벨인, 터치 입력 장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 증폭부는,
    반전 입력 단자(-), 구동 제어 전압(VDRV)이 인가되는 비반전 입력 단자(+) 및 출력 단자를 포함하는 연산 증폭기(op-amp);
    상기 반전 입력 단자(-)와 상기 압력 센싱 노드(NA) 사이 및 상기 비반전 입력 단자(+)와 상기 압력 센싱 노드(NA) 사이에 연결된 제1 커패시터(C1); 및
    상기 반전 입력 단자(-)와 상기 출력 단자 사이에 연결된 제2 커패시터(C2);를 포함하고,
    상기 출력 단자는 출력 단자(No)와 연결되고,
    상기 구동 제어 전압(VDRV)은 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제2 시간구간(t2)에서 하이(high) 레벨이고, 상기 제1 시간구간(t1)과 상기 제3 시간구간(t3) 사이의 제3 시간구간(t3)와 상기 제3 시간구간(t3)과 다음 주기의 제1 시간구간 사이의 제4 시간구간(t4)에서 로우(low) 레벨인, 터치 입력 장치.
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